ლითიუმის ბატარეების დაბალი ტემპერატურის შესრულება

დაბალი ტემპერატურის გარემოში, ლითიუმ-იონური ბატარეის შესრულება არ არის იდეალური. როდესაც ჩვეულებრივ გამოყენებული ლითიუმ-იონური ბატარეები მუშაობენ -10 ° C ტემპერატურაზე, მათი მაქსიმალური დამუხტვის და განმუხტვის სიმძლავრე და ტერმინალის ძაბვა მნიშვნელოვნად შემცირდება ნორმალურ ტემპერატურასთან შედარებით [6], როდესაც გამონადენი ტემპერატურა დაეცემა -20 ° C-მდე, ხელმისაწვდომი სიმძლავრე იქნება. 25°C ოთახის ტემპერატურაზე 1/3-მდეც კი შემცირდება, როცა გამონადენის ტემპერატურა უფრო დაბალია, ზოგიერთ ლითიუმის ბატარეას არ შეუძლია დატენვა და განმუხტვის აქტივობები, გადადის "მკვდარი ბატარეის" მდგომარეობაში.

1, ლითიუმ-იონური ბატარეების მახასიათებლები დაბალ ტემპერატურაზე
(1) მაკროსკოპული
ლითიუმ-იონური ბატარეის დამახასიათებელი ცვლილებები დაბალ ტემპერატურაზე შემდეგია: ტემპერატურის მუდმივი კლებასთან ერთად, ომური წინააღმდეგობა და პოლარიზაციის წინააღმდეგობა იზრდება სხვადასხვა ხარისხით; ლითიუმ-იონური ბატარეის გამონადენი ძაბვა უფრო დაბალია ვიდრე ნორმალური ტემპერატურა. დაბალ ტემპერატურაზე დატენვისა და განმუხტვისას მისი მოქმედი ძაბვა იზრდება ან ეცემა უფრო სწრაფად, ვიდრე ჩვეულებრივ ტემპერატურაზე, რაც იწვევს მისი მაქსიმალური გამოსაყენებელი სიმძლავრის და სიმძლავრის მნიშვნელოვან შემცირებას.

(2) მიკროსკოპულად
ლითიუმ-იონური ბატარეების მუშაობის ცვლილებები დაბალ ტემპერატურაზე ძირითადად განპირობებულია შემდეგი მნიშვნელოვანი ფაქტორების გავლენით. როდესაც გარემოს ტემპერატურა დაბალია -20℃-ზე, თხევადი ელექტროლიტი მყარდება, მისი სიბლანტე მკვეთრად იზრდება და იონური გამტარობა მცირდება. ლითიუმის იონის დიფუზია დადებითი და უარყოფითი ელექტროდების მასალებში ნელია; ლითიუმის იონი ძნელად იშლება და მისი გადაცემა SEI ფილმში ნელია და მუხტის გადაცემის წინაღობა იზრდება. ლითიუმის დენდრიტის პრობლემა განსაკუთრებით შესამჩნევია დაბალ ტემპერატურაზე.

2, ლითიუმ-იონური ბატარეების დაბალი ტემპერატურის შესრულების გადასაჭრელად
შეიმუშავეთ ახალი ელექტროლიტური სითხის სისტემა დაბალი ტემპერატურის გარემოს დასაკმაყოფილებლად; ელექტროდების დადებითი და უარყოფითი სტრუქტურის გაუმჯობესება გადაცემის სიჩქარის დასაჩქარებლად და გადაცემის მანძილის შესამცირებლად; აკონტროლეთ დადებითი და უარყოფითი მყარი ელექტროლიტური ინტერფეისი წინაღობის შესამცირებლად.

(1) ელექტროლიტური დანამატები
ზოგადად, ფუნქციური დანამატების გამოყენება ერთ-ერთი ყველაზე ეფექტური და ეკონომიური გზაა ბატარეის დაბალი ტემპერატურის მუშაობის გასაუმჯობესებლად და იდეალური SEI ფილმის ფორმირებაში. ამჟამად დანამატების ძირითადი ტიპებია იზოციანატზე დაფუძნებული დანამატები, გოგირდზე დაფუძნებული დანამატები, იონური თხევადი დანამატები და ლითიუმის მარილის არაორგანული დანამატები.

მაგალითად, დიმეთილ სულფიტზე (DMS) გოგირდზე დაფუძნებული დანამატები, შესაბამისი შემცირების აქტივობით, და რადგანაც მისი შემცირების პროდუქტები და ლითიუმის იონების კავშირი უფრო სუსტია, ვიდრე ვინილის სულფატი (DTD), ორგანული დანამატების გამოყენების შემსუბუქება გაზრდის ინტერფეისის წინაღობას. უარყოფითი ელექტროდის ინტერფეისის ფირის უფრო სტაბილური და უკეთესი იონური გამტარობა. დიმეთილ სულფიტით (DMS) წარმოდგენილ სულფიტ ეთერებს აქვთ მაღალი დიელექტრიკული მუდმივი და ფართო ოპერაციული ტემპერატურის დიაპაზონი.

(2) ელექტროლიტის გამხსნელი
ტრადიციული ლითიუმ-იონური ბატარეის ელექტროლიტი არის 1 მოლი ლითიუმის ჰექსაფტოროფოსფატის (LiPF6) დაშლა შერეულ გამხსნელებში, როგორიცაა EC, PC, VC, DMC, მეთილის ეთილის კარბონატი (EMC) ან დიეთილის კარბონატი (DEC), სადაც შედგენილია გამხსნელი, დნობის წერტილი, დიელექტრიკული მუდმივი, სიბლანტე და ლითიუმის მარილთან თავსებადობა სერიოზულად იმოქმედებს ბატარეის მუშაობის ტემპერატურაზე. ამჟამად, კომერციული ელექტროლიტი ადვილად გამაგრდება დაბალ ტემპერატურაზე -20℃ და ქვემოთ გამოყენებისას, დაბალი დიელექტრიკული მუდმივი ართულებს ლითიუმის მარილის დისოციაციას, ხოლო სიბლანტე ძალიან მაღალია, რომ ბატარეის შიდა წინააღმდეგობა და დაბალი იყოს. ძაბვის პლატფორმა. ლითიუმ-იონურ ბატარეებს შეიძლება ჰქონდეთ უკეთესი შესრულება დაბალ ტემპერატურაზე არსებული გამხსნელების თანაფარდობის ოპტიმიზაციის გზით, როგორიცაა ელექტროლიტის ფორმულირების ოპტიმიზაცია (EC:PC:EMC=1:2:7), რათა TiO2(B)/გრაფენის უარყოფით ელექტროდს ჰქონდეს A. სიმძლავრე ~240 mA h g-1 -20℃ და 0.1 A g-1 დენის სიმკვრივე. ან შეიმუშავეთ ახალი დაბალი ტემპერატურის ელექტროლიტური გამხსნელები. ლითიუმ-იონური ბატარეების ცუდი მოქმედება დაბალ ტემპერატურაზე ძირითადად დაკავშირებულია Li+-ის ნელ დაშლასთან ელექტროდის მასალაში Li+ ჩანერგვის პროცესში. Li+ და გამხსნელის მოლეკულებს შორის დაბალი შეკავშირების ენერგიის მქონე ნივთიერებები, როგორიცაა 1, 3-დიოქსპენტილენი (DIOX), შეიძლება შეირჩეს და ნანომასშტაბიანი ლითიუმის ტიტანატი გამოიყენება ელექტროდის მასალად ბატარეის ტესტის ასაწყობად, რათა კომპენსირება მოახდინოს დიფუზიის შემცირებული კოეფიციენტისთვის. ელექტროდის მასალა ულტრა დაბალ ტემპერატურაზე, რათა მიაღწიოს უკეთეს შესრულებას დაბალ ტემპერატურაზე.

(3) ლითიუმის მარილი
ამჟამად, კომერციულ LiPF6 იონს აქვს მაღალი გამტარობა, მაღალი ტენიანობის მოთხოვნები გარემოში, ცუდი თერმული სტაბილურობა და ცუდი აირები, როგორიცაა HF წყლის რეაქციაში, ადვილად იწვევს უსაფრთხოების საშიშროებას. ლითიუმის დიფტოროქსალატის ბორატის (LiODFB) მიერ წარმოებული მყარი ელექტროლიტური ფილმი საკმარისად სტაბილურია და აქვს უკეთესი დაბალი ტემპერატურის შესრულება და მაღალი სიჩქარის შესრულება. ეს იმიტომ ხდება, რომ LiODFB-ს აქვს როგორც ლითიუმის დიოქსალატის ბორატის (LiBOB) ასევე LiBF4-ის უპირატესობები.

3. რეზიუმე
ლითიუმ-იონური ბატარეების დაბალ ტემპერატურაზე გავლენას მოახდენს მრავალი ასპექტი, როგორიცაა ელექტროდის მასალები და ელექტროლიტები. ყოვლისმომცველი გაუმჯობესება მრავალი პერსპექტივიდან, როგორიცაა ელექტროდის მასალები და ელექტროლიტი, შეუძლია ხელი შეუწყოს ლითიუმ-იონური ბატარეების გამოყენებას და განვითარებას, ხოლო ლითიუმის ბატარეების გამოყენების პერსპექტივა კარგია, მაგრამ ტექნოლოგია საჭიროებს განვითარებას და სრულყოფას შემდგომ კვლევებში.